水世界導語:
水世界最近搜集到一份含金量超高的資料，本資料是一位水處理界的專家根據自身的切身經驗原創的，其中包含的水處理的經驗技巧，是書本上所學不到的。所以，水世界在此以連載的方式與大家一起分享這份可貴的資料。本節，我們來聊一聊水處理設計那些事兒，以下內容皆是作者根據自身的親身經歷所總結出的經驗，望眾位可以讀有所獲。
案例一
某年的夏天接到個陌生電話：
喂，您是***嗎？我是****，事情是@#￥%……&*......，。
哦，明白了。
現場情況
原來是08年參與評審的一個皮革項目，已經安裝完畢，但是調試期間出問題了。設計2400噸/日，實際過水量不足500噸，碰巧這個項目離縣城邊緣僅僅500米，而且還在夏季主導風向的上風口，整個縣城籠罩在臭雞蛋的懷抱中，所以十萬火急。
到了現場先查流程，基本工藝：集水井——格柵——提升——微濾機——預沉——調節——加藥初沉——水解——氧化溝——二沉——提升——BAF——氣浮——提升——砂濾——排放，設計排水COD100mg/L，氨氮15mg/L。
解決過程
看點 01
倒U管的故事
水路不暢的部位共2根管，預沉池到調節池、初沉池到水解池。可是管道直徑DN200，高差至少800mm。池子基本是緊挨著的，管道長度不足20米，咋就過不去了呢？堵了？ok，疏通就是了。
管道剛剛連通，里面指不定藏著什么寶貝呢，老酒（本文作者）就曾見過磚頭、大棉襖。現場指揮下令立刻開干。一大幫工人扛著長槍短炮開始疏通，老酒回辦公室喝茶去了。倆鐘頭過去，現場告知，沒有發現任何堵塞物。什么？怎么可能！
無奈再回現場，但見滿池黑水在，黑水之下皆不見。這時候終于想起了，得看看施工圖。于是管道布置圖、單體圖一一鋪開，當下老酒立刻明白了。從預沉池到調節池的管道是“┓”形狀，本來倆池子一根直管就完了，不知道設計者哪根神經短路了，非得弄個下彎管。下彎也行，你得告訴施工者設置必要的坡度嘛，現場看到水平管有坡度，可是放坡的方向正好弄反了，是沿水流方向稍稍上翹，結果就不通了。初沉池到水解池的管道更扯，地面以下是“┏┓”形狀，難怪呢。諸位應該明白了，管道里確實沒有磚頭大棉襖，但是里面有空氣，是氣堵。
除此以外，水解池采用穿孔管布水也是堵塞的原因之一。而做設計的是一家上市環保公司，甲級資質。諸位千萬不要以為毛病僅此而已，更加無語的在后面。
看點 02
蝶閥與排泥
第二天那家上市公司的W總來了，大家一起看現場。突然間發現預沉池的排泥閥竟然是蝶閥，我說，你們公司不做培訓嗎？排泥怎么能用蝶閥？ W總面紅耳赤連說抱歉。
那么問題來了，為什么排泥不能用蝶閥呢？
蝶閥
從蝶閥的結構可知，在閥門全開的時候，閥板與水流方向平行，過水斷面的投影圖上有個“┃”，于是乎污泥中的布條、塑料薄膜、牛皮條就會不斷往上掛，最終堵死了事。應該用閘閥，不過得注意配上一個柔性接頭。
閘閥
看點 03
流程設計
下午開會，就工程存在的問題進行討論。從前面的流程簡圖可知，幾乎所有的水處理單元全用上了，可是單元參數卻是牛頭不對馬嘴。先說水質：COD6000-8000，SS3000，TKN200-250，BOD3000，SO42-2500mg/L（含S2-折合的量）
1預沉池
平均流量下，預沉池表面負荷1.5m/h，照理說沒有太大問題，可是皮革廠是間歇排水，每天排水就集中在8：00~14:00，所以預沉池應該按照平均水量的4倍考慮，實際運行表面負荷高達6m/h，污泥根本沉不下來。 預沉池前的微濾機本意是去除牛毛，實際運行的結果是2天就堵死了，因為水中有大量Ca2+，暴露在空氣中CaCO3結垢速度很快。
2調節池
HRT12小時，算是馬馬虎虎。調節池采用穿孔管曝氣攪拌，這也沒問題，問題出在曝氣總管卻是DN50的，這么小的氣量污泥很難攪起來，此其一；其二是在低溶解氧下，硫酸根還原為S2-，曝氣攪不動污泥，把硫化氫吹出來倒是綽綽有余，成了臭雞蛋的發源地。
3初沉池
表面負荷1.0，中進邊出輻流式，附有硫酸亞鐵和聚丙烯酰胺加藥系統，這是本工程唯一正常運行的構筑物。
4水解池
HRT大約4h，內置彈性填料。 因為硫酸根太高，所以牛皮制革廢水幾乎沒人使用厭氧，但是水解酸化的案例有很多，但是具體到這個工程，這個單元就不太合適了。因為后續單元是氧化溝，脫氮能力較差，與其用做水解，不如改為A/O的缺氧段——但是后來的運行證明，老酒的判斷過于理想化了。
順道說一下，對于高硫酸根有機廢水，老酒一直不大贊同使用水解酸化。因為在水解池硫酸根的轉化速度很高，大約不到一小時，硫化物的毒性就足以使水解菌中毒，因為在低pH下，硫根的毒性更強。
5氧化溝
是一個雙溝串聯的卡魯塞爾，設計停留時間48小時。 廢水經過預沉、初沉后COD約3000mg/L,TKN約150~200，各項指標基本都是生活污水的6~8倍，2天的停留時間太短了。更扯的是采用表曝機，一池水在2天里面被不停撩出水面，水溫的降低是難免的，冬天難以正常運行。
carrousel 2000 系統平面結構圖
6BAF
停留時間大約4h，采用2級串聯，均為上進下出，這些都可以。 但是總出水口卻設在池底，采用閥門控制排水，這種做法就聞所未聞了。底部閥門打開，2級BAF水位立刻下降，閥門關閉池頂冒水，只有開度恰好合適，才能既不冒水也不露填料，真的是極品設計。
7氣浮
傳統溶氣氣浮，氣浮池為長方形全地下，表面負荷4-5m/h。 自從建好至今從未見過小氣泡，只見滿池翻花。 氣浮未作詳細考察，不過就老酒多年對氣浮研究的經驗，估計是管道設置不合理，為神馬？后面在氣浮一節中詳細討論。
8砂濾
一直穩定運行，是唯一正常的單元設備。 除了設計先天不足，工程安裝毛病也不少，譬如格柵，柵寬和渠道配合間隙有150mm之多，現場只是補上一塊橡膠皮了事。
大致情況就是這樣。工程已經建成了，大改是不可能的，只有在現有工程的基礎上，盡可能發揮各個單元的能力。
解決方案
改造內容包括：
①調整管道。
②拆除水解填料，增設推流器，水解池改造為缺氧池（A/O的A段）同時增設混合液回流。
③鑒于常規生化出水COD大約200~300mg/L，建議增設高級氧化，出水進BAF。
④拆除表曝機，改換鼓風曝氣。 其中后兩項設計方提出暫時不改，待工程貫通看出水水質再做商議。
改造效果
當時預計夏天處理能力1000噸/日，冬季500噸。歷時兩個月的改造和一個月的調試，終于基本正常運行了。實際運行水量約1200~1500噸/日。夏季排水COD250—350mg/L，氨氮80—100mg/L。冬季限產水量1000噸/日，排水COD400—600mg/L，氨氮100—150mg/L。
無論春夏秋冬，A池一概沒有浮渣，說明幾乎沒有反硝化，沒有反硝化是因為氨氮硝化嚴重不足。冬季池面泡沫堆積最高可達1米，淹沒曝氣機倒傘繼而導致充氧嚴重不足，此時只有停產直至泡沫落下。改造工程很不成功。跟醫生看病一樣，感冒發燒胃潰瘍都好辦，有些病真的治不了。
案例二
現場情況
污水來自六家造紙廠，通過DN600的埋地管道（埋深大約3米）送到污水處理站集中處理，管道很長，最近的一家工廠距離污水站也有2公里。流程：集水井——格柵——收漿——水力攪拌反應池（前端加藥，PAC）——初沉池——調節池——水解池——SBR——排水 處理水量9000m3/d。
看點
01
管道直徑與水位
初做工程設計者經常犯的一個錯誤，就是忽略了管道直徑的存在，特別是距離短、阻力小的情況下，可能會造成很大的麻煩。據水世界了解，老酒專家之前有一個工程就出現了這樣的問題。
根據現場檢查，發現有好幾個直徑300mm的預留孔中心距池頂200mm，要知道超高是200mm，有半個孔留在水面以上了。于是只好重新鑿孔。
還記得，2001年做了一個再生紙的廢水處理，生化采用的是SBR，曝氣采用PVC穿孔管，距池底300mm固定式安裝。 半年后的一天，正在曝氣的SBR突然一聲巨響，響聲過后水底浮起一個怪物，仔細一看，竟然是曝氣管組脫開固定，整體浮出了水面。 于是趕緊排水檢修，檢修時候發現，固定的管卡個個錚明瓦亮，一點腐蝕的痕跡都沒有，都是崩斷的。該工程從水解到SBR有一根直徑300的連通管，因為距離短，核算的阻力降只有200mm左右，為保險起見液位差按照300mm設計。圖紙畫完后審查時發現兩個管口中心都設在水面上，設計者是公司總工，也機械部某設計院出身的資深高工。后來他舉家移民加拿大，轉眼已經十年了。其實，如果是老酒做設計或許毛病更多。設計院都強調三級校審，其實是工程設計必須的程序。
看點
02
潷水器的故事
前面提到的SBR安裝完畢后一切正常，但是隨著調試的進行，潷水器出問題了。工程采用浮筒式潷水器，浮筒下面設置排水口。SBR有效深度5米，潷水深度2米，潷水器出水管直徑DN300，安裝在距最高水位2.5米的位置，出水管與潷水器用DN300的軟管連接，軟管是橡塑復合管，池外設閥門控制排水。最初的一個月排水基本正常，后來就越來越慢，到了最后，一次排水竟然需要兩個多小時，而設計的排水時間是1小時。
說明：經查潷水器進水口未見堵塞，閥門也正常。PS，不是氣阻。 問題來了，這是為什么？ 對了，管道被吸扁了。 可是當時公司上下齊反對，最后，水世界了解到：老酒拿了自己的工資做擔保換軟管，那時他的工資是3800，而且直接買5根。
看點
03
初沉池的污泥漂起來了
還是上面的工程， 流程貫通后開始試車，結果出問題了：初沉池的污泥全漂起來了，池底倒是干干凈凈。電話里聽說污泥飄起來了，話音未落，我已經判斷是氣浮了，但是需要現場的證據。過了幾天老酒來到現場，負責調試的還是小q，我讓他取兩燒杯的水，一杯取自集水井，一杯取自初沉池入口，分別加入PAC攪拌。過了一會兒小q跑來問：“你咋知道一個會飄、一個會沉的？”
答案：應該先注意2個細節：
1）污水在管道內的最小停留時間1.5小時，
2）埋深大約3米污水到達集水井時已經水解并產生少量氣體，且在加藥前氣體仍未完全溢出。
這里水力攪拌對氣體的自然溢出也是一個不利因素，本身就應該是個紊流器。當然實驗時初沉池廢水中溶解性氣體已經達到了平衡 。
水世界小知識點
1羅茨風機的特性
羅茨風機屬于容積風機的一種。容積風機的共同特征是管道阻力越大，風機能耗越高。譬如一臺風量7m3/min，風壓49KPa，配用電機11kw，實際軸功率約9kw。如果風機出口管道直接插入2.5 米的水里，此時的風機出口的風壓就沒有49KPa，而是一半，即24.5KPa（忽略動壓），電機的輸出功率自然也不是9kw， 大約也為其一半，即4.5kw，此時的風機運行沒有任何問題，只不過存在大馬拉小車的問題，電機自身的能量損耗稍高而已。反過來，如果出口插入的是10 米深的水，壓強也不是49KPa，而是98KPa，如果在這種情況下強行啟動風機，風機出口壓強越來越高，電機的輸出功率隨之提高，直至超過額定功率，可能空氣尚未壓出管道，電機已經被燒毀了。
因此，如果現有一臺風機，希望在流量基本不變的情況下提高風機出口壓強，在一定范圍內，只需更換更大功率的同轉速的電機即可（更換前需咨詢廠家，以防機殼破裂造成事故，雖然這種可能性微乎其微）。
2容積風機的另一個特征
容積風機的另一個特征是，對同一臺風機，轉速越高則流量越大，轉速與流量成正比。鑒于羅茨風機的電機輸出功率與出口壓強成正比，啟動時最好降低出口壓強，所以大型風機一般設置放空閥，啟動風機前先打開放空閥。同一臺風機， 在不同的壓強下工作時，流量略有不同，出口壓強越高則流量越小。這是因為出口風壓越高，羅茨風機高壓區向低壓區泄露的風量越多。注意，風機的流量均指進口流量。風機型號眾多，誰也記不住所有的參數，有個辦法可以隨時知道流量、壓強和功率的關系，只需要記住“風量7m3/min，風壓49KPa，軸功率約9kw， 配用電機11kw”，其他的都可以算出來。
3風機管道的選擇
風機管道首選不銹鋼，其次是玻璃鋼，最好不用碳鋼，為了節省投資，水下部分可以采用塑料管。管道內壁處于高溫、高濕環境，且氧氣分壓也較高。在夏天空氣濕度較高的情況下，碳鋼管道內壁可能出現凝結水，此時碳鋼的腐蝕會非常嚴重，如果夠“幸運”你會看到成層脫落的鐵銹，銹蝕的碎片在氣流的帶動下，猶如飛起的刀片，會迅速劃破微孔曝氣膜片。
